赵家峪水库除险加固设计洪峰流量计算

赵家峪水库除险加固设计洪峰流量计算

作者：李光

来源：《科技传播》2014年第06期

摘要 以赵家峪水库除险加固工程为背景，在原始设计洪峰流量计算的基础上，按照除险加固工程需求，重新进行除险加固设计洪峰流量的计算和校核，分别采用经验公式法和推理公式的方法进行计算，两种结果相互验证，计算结果表明：20 年一遇，24 小时设计洪量为234.81 万m3；100 年一遇，24 小时设计洪量为390.94 万m3，计算实践证明，在赵家峪工程除险加固设计洪峰流量的计算中，推理公式的方法计算结果结合工程实际、偏于可靠。 关键词 赵家峪水库；除险加固；设计洪峰流量计算

中图分类号TV62 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）111-0106-02 0 引言

设计洪峰流量是水文水利计算的重要指标要素，在确定水利工程建筑物的布置方案、规模大小中具有重要作用，但是，目前很多工程设计过程中存在长系列水文资料不足，尤其是洪水资料的缺乏，资料代表性差，给工程设计工作带来一定的难题，为有效解决工作实践中这一问题，国内已经进行了大量的研究和实践， 2010年，高毅，张正芳对黄河下河沿站不同频率洪峰流量计算进行分析探讨。2011年，付黎涅提出了峡谷区尾矿库小流域洪峰流量计算方法。2012年，杨访弟提出了甘肃省岷县小流域洪峰流量经验公式，并进行验证。以上研究对在资料缺乏情况下洪峰流量计算提供了重要的原理和方法。在赵家峪水库除险加固设计中，由于赵家峪水库流域缺乏实测资料，故本流域设计洪水采用暴雨途径推求，设计洪峰流量分别采用推理公式法和单因子公式方法进行计算，在综合比较、合理分析基础上选用计算成果，提高洪峰流量设计的可靠性。 1 工程概况

赵家峪水库位于卢龙县陈官屯乡赵家峪村东北，冀东沿海地区西洋河支流上。水库原设计总库容57.2 万m3，是一座以防洪、灌溉为主兼养鱼的小（2）型水库。水库于1976 年动工兴建，1977 年竣工投入运行。水库枢纽工程由大坝、溢洪道、放水洞组成。赵家峪水库流域特征值由1/10000 地形图量测，水库控制流域面积1.3km2，坝址以上河长1.42km，主河道纵坡53.95‰。

赵家峪水库原设计总库容 57.2 万m3，根据《水利水电等级划分及洪水标准》（SL252-2000），赵家峪水库为小（2）型水库，工程等别属Ⅴ等，主要建筑物级别为5 级，次要建筑物级别为5 级，设计洪水标准为20~30 年一遇，校核洪水标准为200~300 年一遇。根据赵家峪

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水库历次规划设计和水库实际防护对象情况，确定水库的防洪标准为：设计洪水标准为20 年一遇，校核洪水标准为200 年一遇。 2 除险加固设计洪峰流量计算

洪峰流量和其他水文要素一样， 是气候和流域下垫面众多因素综合作用的结果，因此，下垫面和其后因子直接的影响着洪峰流量计算的结果，总体而言，影响因素可以分成两类， 一是气候因素，主要包括各种时段各种频率的暴雨量、暴雨强度、暴雨历时及暴雨统计参数；另一类是流域地理特征，主要有流域面积、河流比降、流域形状系数、河网密度、土壤和植被等，在这两类因素中，影响洪水的主要因素有流域面积F、某种频率的时段暴雨量 Hp、干流河道平均坡度 J、流域形状系 f。因此，基于成因，设计洪峰流量计算过程中，也存在不同的计算方法。由于赵家峪水库流域缺乏实测资料，故本流域设计洪水采用暴雨途径推求，分别采用《秦皇岛市水文手册》（1999 年编制，以下简称手册）及《河北省设计暴雨图集》（以下简称省图集）中的方法进行计算，在综合比较、合理分析基础上选用计算成果。 2.1 推理公式计算方法

推理公式法是计算设计洪峰流量的重要方法和手段，也是工程实践中应用较为广泛的方法之一，在水文水利计算中发挥重要作用，按照赵家峪水库除险加固设计需求和水文资料实际情况，计算流域位于燕山迎风区，暴雨参数直接采用《秦皇岛市水文手册》（1999年）中的相关成果，产流参数和汇流参数采用手册中方法确定，洪峰流量采用图解法推求，主要过程如下：

1）设计暴雨计算 2）产流计算——确定ψ 当≥τ时： 当＜τ时：

（1）产流历时的确定

式中：μ——流域平均损失率。 （2） 洪峰径流系数ψ的确定 当≥τ时： 当＜τ时：

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3）汇流计算——确定流域汇流历时τ

山丘区河道，一般假定其断面为三角形，则可采用σ=1/3，λ=1/4，则 4） 设计洪峰流量计算 式中：-汇流历时，h； -历时内的最大降雨量，mm； -净雨历时，h； -次洪径流深，mm； -产流系数； -汇流系数； -主要坡道比降； 2.2单因子公式法

单因子公式法是工程实践中的重要方法之一，对于特定环境、特定边界条件和参数情况下设计洪水的计算发挥重要作用，也是对推理公式局限性的重要补充，在赵家峪水库经验公式计算中，暴雨参数采用河北省水文局2002 年编制的《河北省设计暴雨图集》中的成果，设计雨型采用横山岭站“63.8”设计雨型，采用初损-平均后损法推算净雨过程，设计洪峰流量的单因子公式如下：

式中：-为某一频率的设计洪峰流量； -为某一频率的洪峰模数，无量纲； -设计流域面积。 2.3 计算结果及分析 2.3.1 历次洪峰流量计算成果

该水库于 1977 年竣工运用，水库初建时进行过一次设计洪水计算，计算标准采用的是30 年一遇洪水设计，300 年一遇洪水校核；2007 年5 月秦皇岛市水利勘测设计处对该水库进行了大坝安全鉴定，计算标准采用的是30 年一遇洪水设计，300 年一遇洪水校核，计算成果如下：

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项目 30年一遇 300年一遇 安全鉴定 洪峰流量 30.16 59.37 24小时洪量 18.03 37.73 原设计 洪峰流量 45.24 89.05 24小时洪量 —— —— 表1 历次洪峰流量计算成果 2.3.2 单因子及推理公式计算成果

在对雨洪资料进行分析的基础上，按照设计洪峰流量的推理公式和单因子公式法计算方法对赵家峪水库洪峰流量进行计算校核，对设计洪水、设计洪峰流量、设计洪水年内分配进行计算，计算结果如下： 1）不同保证率频率计算

按照雨洪资料进行排序，运用P-Ⅲ曲线进行适线，对不同保证率情况下径流深度进行计算，得出在20%、50%、75%、95%情况下的值分别为：364.87mm、148.65mm、58.56mm、9.01mm，具体如下表： 频率（%） 20 50 75 95

R均值（mm） 225.23 225.23 225.23 225.23 CV 1.05 1.05 1.05 1.05 Kp 1.62 0.66 0.26 0.04

Rp（mm） 364.87 148.65 58.56 9.01 表2 不同保证率频率计算 2）年内径流分配

按照典型年设计方法，选取典型年，对不同保证率情况下年内径流分配过程进行计算，主要成果如下：

月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 合计

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P=

20% 比例 1 0.7 0.9 0.9 0.5 2.2 5.2 66 14.4 3.7 2.7 1.8 100 水量 0.5 0.3 0.4 0.4 0.2 1 2.5 31.3 6.8 1.8 1.3 0.9 47.4 P=

50% 比例 2.4 2.2 2.2 1.6 1.2 5.9 37.8 32.1 6.6 3.4 2.4 2.2 100 水量 0.5 0.4 0.4 0.3 0.2 1.1 7.3 6.2 1.3 0.7 0.5 0.4 19.3 表3 不同保证率频率计算 3）洪峰流量计算成果

在进行频率计算、典型设计年内径流分配计算的基础上，按照单因子和推理公式计算方法，对设计洪峰流量进行计算，结果如下： 方法 不同重现期洪峰流量 5年 20年 100年 200年

复核 单因子 11.3 31.53 59.99 73.06 推理公式 6.6 13 21 24 表4洪峰流量计算成果

在实际计算和工程实践需求的基础上，对进算结果进行对比分析，根据计算成果，运用一般计算方法复核，推理公式的方法计算结果较小，单因子公式法计算结果适中，且常用于特定小流域计算分析，易于进行面上平衡，因此，计算结果选用单因子计算方法，取计算结果为5年、20年、50年、100年的洪峰流量分别为：11.3m3/s、31.53m3/s、59.99m3/s、73.06m3/s。 3 结论及建议

本文以赵家峪水库除险加固设计为背景，对设计洪峰流量进行计算和分析，在对设计洪峰流量计算方法进行全面综述的基础上，结合赵家峪水库加高除险加固水文设计工作的基本需求，分别运用推理公式法和单因子公式法对设计洪峰流量进行计算，结果表明：5年、20年、100年、200年计算结果分别为:11.37m3/s、31.53m3/s、55.99m3/s和73.06m3/s，通过对结果进行全面分析，认为单因子分析的方法更加适合用于此地区条件下的设计洪峰流量计算，对于同类地区工程计算实践具有一定的借鉴意义。

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参考文献

[1]高毅，张正芳.黄河下河沿站不同频率洪峰流量计算[J].人民黄河，2010.